Junio 2009 • FGLONGATT/R-2009-12 Análisis del Comportamiento Aerodinámico de Perfiles empleados en Aerogeneradores de Baja Potencia Programa Fuentes Alternas de Energía y Generación Distribuida Acrónimo del proyecto FAEyGD Tipo (nivel de distribución) Público con reservas Fecha de Entrega , 2009 Reporte Numero Eolo2-7 Estatus y Versión Definitivo, 1.00 Número de Páginas 41 Supervisor Francisco M. González-Longatt Autor Alejandro J. Carantoña O.
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Análisis del Comportamiento Aerodinámico de Perfiles … · 2013-03-26 · extradós convexo y el intradós plano y de doble curvatura si el intradós y el extradós son cóncavos
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Junio 2009 • FGLONGATT/R-2009-12
Análisis del Comportamiento Aerodinámico de Perfiles empleados en Aerogeneradores de Baja Potencia
ProgramaFuentes Alternas de Energía y Generación Distribuida
Acrónimo del proyecto FAEyGD
Tipo (nivel de distribución)
Público con reservas
Fecha de Entrega , 2009
Reporte Numero Eolo2-7
Estatus y Versión Definitivo, 1.00
Número de Páginas 41
Supervisor Francisco M. González-Longatt
Autor Alejandro J. Carantoña O.
Análisis del Comportamiento Aerodinámico de Perfiles empleados en Aerogeneradores de Baja Potencia
Alejandro Carantoña, Francisco M. González-Longatt FGLONGATT/R-2009-12
Contenido Pag.Tabla de Contenido ............................................................................................................................................. 2
Índice de Figuras ................................................................................................................................................. 3
Índice de Tablas .................................................................................................................................................. 4
Palas de un Aerogenerador ................................................................................................................................. 6
Tipo de Perfil Aerodinámico .............................................................................................................................. 6
Terminología empleada en perfiles ..................................................................................................................... 6
Perfiles usados comúnmente en turbinas de viento............................................................................................. 7
Selección de Perfiles para Aerogeneradores de Baja Potencia ........................................................................... 8
Comparación final entre perfiles ................................................................................................................... 30
El elemento básico de un aerogenerador o turbina de viento es el rotor, que está formado por una o varias hélices o palas. Dichas palas son las que permiten realizar la conversión de la energía contenida en el viento, a energía mecánica en el eje del rotor que finalmente por medio del generador se convertirá en energía eléctrica. Por ello las palas deben poseer ciertas características y especificaciones según la utilización para las cuales son destinadas.
En el presente reporte se muestra el análisis para la selección de cinco perfiles aerodinámicos: S-822, E-387, MH-106, SG-6040 y S-8036; a ser usados en aerogeneradores de baja potencia. A cada perfil se le realizó un estudio de su coeficiente de sustentación Cl, coeficiente de arrastre Cd y la relación entre ambos Cl/Cd, todo esto en función de distintos valores del ángulo de ataque α y para un intervalo de números de Reynolds comprendido entre 100.000 y 500.000.
También se muestra el comportamiento de cada uno de los perfiles dentro de una corriente de viento para un ángulo de ataque determinado, esto se logro mediante el uso del software llamado javafoil, el cual esta diseñado para evaluar el desempeño de diferentes tipos de perfiles.
Igualmente se presenta como la distribución de las presiones que afectan el desempeño del perfil, ya que según el ángulo de ataque la fuerza de sustentación resultante puede aumentar o disminuir.
Finalmente se presenta un cuadro comparativo donde se resaltan las características más importantes de los cinco perfiles, a fin de facilitar el proceso de selección según las necesidades.
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Palas de un Aerogenerador En el rotor están situadas las palas, cuyo número es variable según los casos; cada pala tiene un perfil
que tiene forma aerodinámica; éstos perfiles tienen un extremo romo, que es el borde de ata-que mientras que el otro extremo, de forma afilada, es el borde de salida. Los perfiles tienen distintos nombres según su geometría. Se denominan biconvexos si el intradós y el extradós son convexos y plano-convexos si tienen el extradós convexo y el intradós plano y de doble curvatura si el intradós y el extradós son cóncavos [1].
Tipo de Perfil Aerodinámico El tipo de perfil aerodinámico es uno de los parámetros de diseño más determinantes en el fruncimiento de las turbinas eólicas. La influencia del perfil sobre el coeficiente de potencia del aerogenerador viene determinada por el llamado rendimiento aerodinámico L/D, que es el cociente entre la fuerza de sustentación y la de arrastre. Esta dependencia se aprecia claramente cuando el aerogenerador entra en perdida ya que el cociente L/D se reduce drásticamente y de igual forma el coeficiente de potencia [2].
Para los aerogeneradores de alta velocidad el rendimiento aerodinámico es un parámetro clave en el diseño del rotor; mientras que para aerogeneradores de baja velocidad el factor de diseño dominante es el numero de palas frente al rendimiento aerodinámico, que no juega un papel decisivo [2].
Un perfil empleado en las palas de una turbina de viento son similares a los empleados en una sección del ala de un avión. En el estudio de los perfiles se ignora la configuración en proyección horizontal de la pala, como así también los efectos de extremo de la pala, flecha, alabeo y otras características de diseño [1].
Terminología empleada en perfiles En el diseño de palas es necesario mantener claro una serie de conceptos [2]:
La cuerda c, es una línea recta que une el borde de ataque y el borde de fuga del perfil. Todas las dimensiones de los perfiles se miden en términos de la cuerda.
La línea de curvatura media es la línea media entre el extradós y el intradós. Curvatura máxima es la distancia máxima entre la línea de curvatura media y la línea de
cuerda. La posición de la curvatura máxima Xf, es importante en la determinación de las
características aerodinámicas de un perfil. Espesor máximo Xd, es la distancia máxima entre la superficie superior e inferior (extradós e
intradós). Borde de ataque: es la zona anterior del perfil. Borde des salida: es la zona posterior del perfil. Extradós: cara de presión. Intradós: cara de succión. Radio del borde de ataque rN es una medida del afilamiento del borde de ataque. Coordenadas yo(x) e yu(x), indican las coordenadas del extradós y del intradós
respectivamente.
En la Figura 1 se aprecia con mayor claridad los términos antes mencionados.
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Para cada perfil se resaltan sus características más importantes como son: grosor o espesor del perfil, la curvatura que posee, el máximo valor del coeficiente de sustentación, así como el ángulo de ataque en el cual logra dicho valor. También se muestra el valor máximo de L/D y el ángulo en el que lo logra; y finalmente el valor de Cl que permite la máxima relación L/D.
Esta relación es fundamental para la existencia de la sustentación en un perfil, tal y como se verá en los análisis posteriores.
Selección de Perfiles para Aerogeneradores de Baja Potencia El comportamiento aerodinámico de los perfiles alabeados se mide en un túnel de viento a través del
registro de sus coeficientes de sustentación y arrastre, para varios ángulos de ataque y al experimentar con una gran variedad de números de Reynolds [4]. Los resultados de estos ensayos permiten identificar el desempeño de los perfiles para condiciones determinadas del flujo al cual son sometidos.
Los criterios y consideraciones que se utilizaron para la selección de un perfil fueron los siguientes:
1) Alto valor en la relación existente entre el cociente del coeficiente de sustentación y arrastre
dl CC , ya que esto permite que el coeficiente de potencia aumente y a su vez el radio de la turbina
disminuya.
2) Angulo de ataque α, con un intervalo amplio de valores para los cuales el perfil tenga un numero de Reynolds mayor a 500.000.
Adicionalmente se utilizó el software de simulación de perfiles aerodinámicos Javafoil. Este software cuenta con una lista predeterminada de diferentes perfiles, igualmente si el perfil deseado no se encuentra en dicha lista, se puede introducir los valores de espesor máximo, cuerda y el ángulo de ataque, para que en base a esos datos éste pueda crear el perfil.
En este análisis se utilizo el javafoil para evaluar el comportamiento de los perfiles estudiados en una corriente de viento para un ángulo de ataque determinado y para observar las presiones existentes a lo largo de la geometría del perfil. Los perfiles utilizados para el análisis son los siguientes:
Perfil S822 Este perfil es de la familia perteneciente a la NREL (National Renewable Energy Laboratory),
fue diseñada en 1993 para las pequeñas turbinas de velocidad baja y potencia entre 2-20 kW. Las especificaciones de diseño para esta familia indican una región de coeficiente de sustentación máximo ( minlC ) de 1,0 y un mínimo arrastre ( ), mínimo de 0,010 para un número de Reynolds 600,000 [5].
Una gama de números de Reynolds muy bajos en esta familia contribuye a una mayor Coeficiente de
arrastre, y el aumento en la consecución de una alta raíz para un número de Reynolds de 400,000 [5].
Tabla 2. Características del perfil S-822 [5]
Parámetro Cuerda%Grueso [m] 16
Curvatura [m] 1.89
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En la Tabla 2 se muestran el grosor y la curvatura del perfil, donde se destaca el hecho de que con el 16% es uno de los más gruesos se los 5 a estudiar.
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-0.1
-0.05
0
0.05
0.1
x/cuerda
y/cu
erda
Figura 2.a. Geometría del Perfil S-822, contorno
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-0.1
-0.05
0
0.05
0.1
x/cuerda
y/cu
erda
Figura 2.b Geometría del Perfil S-822, Vista interna
Las Figuras 2.a y 2.b, muestran la forma geométrica del contorno y vista interna del perfil S-822, donde se destaca el hecho de que es uno de los perfil más grueso y de menor curvatura, debido a que tiene un 16% y 1,89% de la cuerda respectivamente, tal como se parecía en la Tabla 1.
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Por su parte para el perfil S-822 se obtuvo un maxlC = 1.142 para la curva de Re= 500,000 y un
ángulo de ataque de α= 13°, como se muestra en la Figura 3; además para Re > 200,000 y α= 8° se garantiza que el perfil no entrará en pérdida de sustentación ya que los valores de son altos.
El valor máximo de que presenta el perfil S-822 es de es de maxdC = 0.08 en la curva de Re =
100,000 y α =14°, mostrada en la Figura 4. Para la curva de Re= 500,000 y α= 0° el Cd=0.09. Este valor es favorable para lograr obtener una relación dl CC alta.
La Figura 5 indica que para Re= 500,000 y α= 5° se obtiene la máxima relación dl CC con un
valor de 87. Analizando de manera más detallada estos valores es importante resaltar la particularidad de los mismos, ya que podría pensarse que la máxima relación dl CC será generada con el maxlC y Cdmin; pero
este pensar es no es necesariamente cierto (relaciones practicas de dl CC ), siendo Cl= 0.783 y Cd = 0.009
quienes permiten el dl CC máximo para este perfil.
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Figura 6. Comportamiento del perfil en una Corriente de Viento para el Perfil S-822 Si se observa la Figura 6, se nota que la corriente de viento que circula sobre el perfil sin ningún
inconveniente desde el borde de ataque hasta el de salida, para un α = 6°.
Si bien es cierto que el S-822 posee un mayor grosor a los otros perfiles, pero esto no influencia de manera negativa el desempeño del mismo, sino que por el contrario lo favorece ya que tiene una mejor respuesta aerodinámica al no presentar ningún tipo de turbulencia discontinuidad en flujo de viento al cual es sometido.
La distribución de presiones para el perfil S-822 que se muestra en la Figura 7 indica que las mayores presiones se encuentran cerca del borde de ataque, para luego disminuir a medida llegar al borde de salida. También se tiene que estas presiones son generadas para un ángulo de ataque α=8° a diferencia de los otros 2 que son a un α = 6°, esto es porque para α < 8° la sustentación se ve comprometida por que los valores de Cl son pequeños.
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Figura 7. Distribución de presiones en el perfil S-822
Perfil E387 La superficie de sustentación E-387 fue diseñada en el principio de los años 60 por Richard Eppler
para los modelos de aviones sailplane; era rápidamente acertada y todavía se utiliza. Más allá de esto, ha adquirido el papel adicional de convertirse en un perfil de prueba para comparar superficies de sustentación con bajo número de Reynolds a partir de un túnel de viento, con las de otro perfil [4], [5].
De hecho, la superficie de sustentación E-387 es probablemente el perfil más extensamente probado con bajo número Reynolds, siendo probado en los Países Bajos, Stuttgart, Princeton y la NASA Langley
Tabla 3. Características del perfil E-387 [4]
Parámetro Cuerda%Grueso [m] 9.03
Curvatura [m] 3.78
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Figura 8.b Geometría del Perfil E-387, Vista interna
Este perfil presenta una un porcentaje de curvatura de 3.78% con un grosor del 9.03% de la cuerda (mostrado en Tabla 3), lo que significa que es el mas delgado de los 5 analizados. Mientras que las Figuras 8.a y 8.b presentan su geometría característica.
Al igual que los dos anteriores presenta buenos valores de Cl, como se aprecia en la Figura 9, donde para ese caso el Cl,max =1.259 para α = 10°, pero adicionalmente este perfil posee valores de Cl elevados en el rango comprendido α > 8° y 100.000 < Re < 500.000 lo que se traduce en muy poca probabilidad de que ocurra pérdida de la sustentación.
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Respecto al Cd mostrado en la Figura 10 se tiene que el valor máximo es de 0.08 para α= 12° y el
mínimo de 0.006 para α =1°, ambos valores para un Re= 500,000. Por último la relación dl CC máxima
que este perfil presenta es de 105,76 para α= 6° y Re= 500,000 mostrado en la Figura 11, siendo este valor el mas elevado entre los tres perfiles estudiados. También hay acotar el hecho de que para α > 6° la relación comienza a decrecer para cualquier valor de Reynolds.
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Figura 11. Relación Cl/Cd vs. α, para el perfil E-387
Al igual que el perfil S-822, el E-367 presenta una muy buena aerodinámica respecto a la corriente de
viento que circula por su geometría tal como se muestra en la Figura 12, donde el viento que enfrenta al perfil se desliza suavemente siguiendo la curvatura superior e inferior del mismo.
Figura 12. Comportamiento del perfil en una Corriente de Viento para el Perfil E-387
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Figura 13. Distribución de presiones en el Perfil E-387
De la misma forma que para el perfil anterior, en la Figura 13 se tienen la distribución de presiones
en el E-387 en la cual se aprecia que se cumple el principio básico para la existencia de sustentación, ya que las presiones en la parte inferior del perfil son mayores a las ubicadas en la parte superior. Estas presiones son para un α = 6°, ángulo con el cual este perfil logra la máxima relación dl CC , además se puede agregar
la particularidad de que si se aumenta α > 6° el perfil no entrará en pérdida de manera inmediata pero si comenzará a menguar la fuerza de sustentación.
Perfil MH106 Los perfiles MH fueron creados por el Dr. Martín Hepperle de la universidad de Stuttgar en
Alemania. Más específicamente la serie MH 100 son ideales para diseños de aerogeneradores de baja potencia, donde además del MH106 se tiene MH 108-110 [6].
En la Tabla 4 se tienen dos Características fundamentales en un perfil como lo son el grosos y la curvatura, donde para el MH 106 la curvatura es mínima siendo el perfil de menor curvatura de los 5 sometidos a estudio.
Tabla 4. Características del perfil MH-106 [6]
Parámetro Cuerda%Grueso [m] 13.1
Curvatura [m] 1
La geometría que posee el perfil MH 106 se muestra en las Figuras 14.a y 14.b, donde prestando particular interés en el borde de salida se puede notar que presenta una forma cóncava en su borde de salida, a diferencia de los otros perfiles estudiados donde en los cuales convexo.
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Figura 14.b Geometría del Perfil MH-106, Vista interna
Respecto a los valores del coeficiente de sustentación que puede lograr, en la Figura 15 se observa que no son muy elevados, ya que no pasan de 0,9 siendo este el máximo valor para un Re = 1.000.000 y un ángulo de ataque de 9°. También se tiene que α < 7° prácticamente no existe diferencia las curvas de los 3 números de Reynolds.
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La Figura 16 muestra que los valores de Cd más bajos son para Re = 1.000.000 obteniéndose el valor más pequeño de 0.0076 con α = 4°, mientras que para un Re = 500.000 el Cd mínimo 0.0079 es de para un α = 3°, estos valores son convenientes para la obtención de una relación dl CC
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Figura 17. Relación Cl/Cd vs. α, para el perfil MH-106
La relación
dl CC para este perfil se muestra en la Figura 17, donde se aprecia que los valores mas
altos se logran para Re = 1.000.000 para el intervalo de 6º < α < 7º, sin embargo para Re = 500.000 los valores no son muy altos, ya que el máximo valor alcanzado es de 57.69 para un α = 7º. Este valor no es bueno si se compara con el de los dos perfiles anteriores, ya que se requiere que sean los mas alto pasible para que la sustentación sea grande.
Figura 18. Comportamiento del perfil en una Corriente de Viento para el Perfil MH-106
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La simulación del perfil MH-106 inmerso en una corriente de viento se muestra en la Figura 18. Es posible apreciar que para un α = 8º en el borde de ataque se presenta una pequeña discontinuidad en el flujo de viento, pero a medida que avanza por la superficie del perfil esta desaparece y al llegar al borde de salida fluye si ningún inconveniente.
Figura 19. Distribución de presiones en el Perfil MH-106
La distribución de presiones de este perfil se presenta en la Figura 19, donde se tienen la incidencia de las presiones a lo largo de la geometría del perfil. Además se observa con claridad que en el borde de ataque es donde se obtiene la mayor incidencia de presiones, lo cual es causado por la discontinuad en el flujo de aire de la Figura 18. Aunque a pesar de que esto afecta un poco la sustentación del perfil, aun puede usarse para un aerogenerador.
Perfil SG6040 La familia de perfiles SG-6040 fue desarrollada por el Dr. Michael Selig conjuntamente con el
centro de investigaciones aerodinámicas Gottingen en Alemania [3]. En la Tabla 5 se tienen los valores de grosor y curvatura de este perfil.
Tabla 5. Características del perfil SG 6040 [3]
Parámetro Cuerda%Grueso [m] 12
Curvatura [m] 2.5
Al igual que en lo otros casos, se tienen la geometría del perfil tanto el borde como la vista interna, los cuales se muestran en las Figuras 20.a y 20.b
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Figura 20.a Geometría del Perfil SG 6040, Contorno
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-0.1
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
x / cuerda
y / c
uerd
a
Figura 20.b Geometría del Perfil SG-6040, Vista interna
De la Figura 21 es posible mencionar que, el coeficiente de sustentación máximo que alcanza ese perfil es de 1.337 para un Re = 300.00 y α = 14.3°, mientras que para Re = 500,000 y α = 12.7° se tiene un valor de 1.334. Además posee un buen rango de ángulos de ataque que proporcionan valores de Cl elevados, comprendido entre 8° < α < 14.5° siendo este intervalo el mas amplio de los perfiles estudiados.
En lo referente al coeficiente de arrastre mostrado en la Figura 22, se presenta que el menor valor de Cd es de 0.009 para un Re = 500.000 y un ángulo de ataque cercano a 0°, siendo mas especifico 0.11° como se observa en la Tabla D de los anexos.
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En la Figura 22 se tiene los valores de la relación dl CC donde se puede apreciar que para un Re=
500,000 y un ángulo de ataque α = 7º se obtiene el máximo valor de dicha relación para este perfil el cual resulto ser de 86.5, siendo este valor bueno para garantizar el predominio de la fuerza de sustentación. Otro aspecto importante que se puede notar en la Figura 23 es que para valores de α > 8° la relación dl CC
comienza a disminuir lo que se traduce en menor fuerza de sustentación.
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Figura 23. Relación Cl/Cd vs. α, para el perfil SG-6040
Figura 24. Comportamiento del perfil en una Corriente de Viento para el Perfil SG 6040.
Este perfil presenta discontinuidades o pequeñas turbulencia a lo largo de su superficie, como se aprecia en la Figura 24, donde es posible notar que un poco después del borde de ataque, en el medio y luego en el borde de salida, el flujo del viento no es uniforme. Aunque estas discontinuidades no son tan graves como para que el perfil entre en perdida de sustentación si afectan de manera negativa el desempeño del mismo.
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Figura 25. Distribución de presiones en el Perfil SG 6040. Ahora bien, respecto a la distribución de presiones en la Figura 25 se tiene que motivado por la pequeñas discontinuidades en el flujo de viento, la forma como se distribuyen dichas presiones es un poco fuera de lo común, ya que se observa como cerca del borde de ataque hay ciertos picos pero como e menciono anteriormente estos no producen perdida de la sustentación.
Perfil S8036 Este perfil es de la familia desarrollada por el DR. Michael Selig en la UIUC (University of Ilinos, Urban Champaing) también pertenece a la NREL, Entre sus características mas resaltantes se tiene que es junto con el perfil S-822 los que poseen mayor grosor con un 16% de la cuerda y una curvatura de 1.9%, tal y como se muestra en la Tabla 6.
Tabla 6. Características del perfil S-8036 [3].
Parámetro Cuerda%Grueso [m] 16
Curvatura [m] 1.9
Así mismo la geometría que describe la forma de este perfil se muestra en las Figuras 26.a y 26.b
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Figura 26.b Geometría del Perfil S-8036, Vista interna
Si se observa la Figura 27 es posible apreciar los valores de coeficiente de sustentación que puedo tener este perfil dependiendo de el ángulo de ataque y el numero de Reynolds. En este caso el Cl máximo tiene un valor de 1.21 con un α = 12.5º y Re = 400.000. Mientras que para un Re = 500.000 se obtiene un valor máximo de Cl de 1.197 y α = 12º.
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El valor mas pequeño que este perfil puede tener es de Clmin =0.097 para un α = 0º y un Re = 500.000, como se aprecia en la Figura 28, siendo este valor muy beneficioso para obtener una relación Cl/Cd alta.
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Figura 29. Relación Cl/Cd vs. α, para el perfil S-8306
Según lo mostrado en la Figura 29, le valor máximo para la relación Cl/Cd que puede alcanzar este perfil es de 75.9 para un ángulo de ataque de 6º y Re= 400,000. Sin embargo para Re = 500.000 también se logra un valor alto de 73 a un α = 7º. Adicionalmente haya que tener en cuanta que para α > 7.5º los valores de la relación Cl/Cd comienzan a disminuir lo cual no resulta beneficioso.
El comportamiento del perfil en una corriente de viento se muestra en la Figura 30, donde se observa que existe una pequeña discontinuidad en el flujo de viento poco después del borde de ataque, y en el centro del perfil, pero al llegar al borde de salida estos desaparecen, por lo cual no generan consecuencias mayores a la fuerza de sustentación del perfil.
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Figura 30. Comportamiento del perfil en una Corriente de Viento para el Perfil S-8036
Figura 31. Distribución de presiones en el Perfil S-8036
La distribución de presiones en este perfil es completamente normal, a pesar de las pequeñas discontinuidades en el flujo de viento. Esto significa que las presiones en el extradós son menores a las del intradós garantizando así que la fuerza resultante sea de elevación, como se muestra en la Figura 31.
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Comparación final entre perfiles Una vez analizadas las relaciones entre Cl ,Cd y Cl/Cd para diferentes ángulos de ataque α es posible
hacer un resumen de las características mas resaltantes de los 3 perfiles tal y como se muestra en la Tabla 7, a fin de poder seleccionar el mas indicado según los criterios antes mencionados.
Tabla 7. Resumen de las características de los perfiles
Tipo de Perfil Características
S-822
Amplio rango de valores de ángulo de ataque, 8°< α <14°, para Re = 500.000 en donde se mantiene la sustentación.
Valor de Cd bajo para Re = 500.000 Relación Cl/Cd elevada con un valor de 87 Buen aerodinámica ante corrientes de viento.
E-387
Buen rango de valores de α para Re= 500.000, comprendido entre 8°< α <12.5°, en donde se mantiene la sustentación.
Posee el Cd más pequeño de los 5 perfiles, con un valor de 0.006 para Re = 500.000.
Presenta la relación Cl/Cd más alta para Re = 500.000 con un valor de 105,76.
Buen aerodinámica ante corrientes de viento.
MH-106
Rango reducido de valores de ángulo de ataque 8º < α <10º para Re = 500.000. Valores de Cl por debajo de 1.
El Cd mínimo no se logra con Re= 500,000 El valor máximo de de la relación Cl/Cd para Re = 500.000 es de
57.69 lo cual resulta muy pequeño. Aunque presenta unas pequeñas discontinuidades en el flujo de viento,
posee buena aerodinámica.
SG-6040
Posee el rango de ángulos de Ataque mas amplio de los 5 perfiles estudiados, 8º < α < 14.5º para Re = 500.000.
El Cd mínimo es de 0.09 para Re = 500.000. La relación máxima de Cl/Cd es de 86.5 con un α = 7º y Re = 500.000. Aunque presenta unas pequeñas discontinuidades en el flujo de viento,
posee buena aerodinámica.
S-8036
Rango de valores del ángulo de ataque para obtener calores altos de Cl buenos, comprendido entre 8º y 12º
El valor de la relación Cl/Cd es de 73 para Re = 500,00.Este valor se considera bastante aceptable.
Aunque presenta unas pequeñas discontinuidades en el flujo de viento, posee buena aerodinámica.
Finalmente considerando las características más resaltante de los perfiles, y teniendo como norma
para la selección los criterios antes mencionados, se elige el perfil E-387 como el idóneo para un aerogenerador de baja potencia, por ser el que cumple con mayor fidelidad los criterios.
Análisis del Comportamiento Aerodinámico de Perfiles empleados en Aerogeneradores de Baja Potencia
Alejandro Carantoña, Francisco M. González-Longatt FGLONGATT/R-2009-12
Conclusión Teniendo en cuenta los análisis y criterios utilizados en este reporte es posible mencionar las
siguientes conclusiones:
La relación Cl/Cd debe tener el valor mas grande posible, lo que implica que Cl debe ser mucho más grande que Cd , aunque según lo visto, la relación Cl/Cd máxima no viene dada necesariamente por los valores máximos de Cl y Cd. Otra ventaja que genera un valor alto de esta relación es que aumenta el coeficiente de potencia, lo que a su vez disminuye el radio del aerogenerador.
El ángulo de ataque α debe ser pequeño (entre 6° y 8°) para generar una sobre presión en la parte inferior de la pala y una depresión por arriba, al ocurrir esto se tiene una fuerza que tiende a elevarla, es decir la sustentación. Mientras que de ser muy grande generara una sobrepresión en la parte delantera de la pala y vientos turbulentos, debido a la depresión en la parte superior.
El estudio del comportamiento del perfil en una corriente de viento es fundamental para predecir el rendimiento y correcto desempeño de la turbina, ya que se puede apreciar si existe algún tipo de turbulencia a lo largo de la geometría del perfil, al igual que conocer el ángulo de ataque máximo que puede tener sin caer en perdida de la sustentación.
Finalmente, todos los análisis, criterios, consideraciones y comparaciones anteriores permitieron elegir al perfil E-387, como el mas indicado para ser usado en un aerogenerador de baja potencia.
Análisis del Comportamiento Aerodinámico de Perfiles empleados en Aerogeneradores de Baja Potencia
Alejandro Carantoña, Francisco M. González-Longatt FGLONGATT/R-2009-12
[1] Francisco M. Gonzales Longatt. Perfiles Aerodinámicos empleados en Turbinas de Viento, Introducción para No Cultos. Año 2007.
[2] Rodríguez, J., Arnalte, S., Burgos, J., “Sistemas Eólicos de Producción de Energía Eléctrica”. Madrid; Editorial Rueda.
[3] Summary of low-Speed Airfoil Data, disponible en www.ae.uiuc.edu/m-selig/uiuc.Lsa/bookannouncemente3.html
[4] Michael S. Selig and Bryan D. McGranahan. Wind Tunnel Aerodynamic Tests of Six Airfoils for Use on Small Wind Turbines. Period of Performance: October 31, 2002–January 31, 2003.
[5] D.M. Somers, The S822 and S823 Airfoils, October 1992—December 1993. [6] Familia de Perfiles MH-1XX, disponible en www.mh-aerotools.de/airfoil.html [7] Números de Reynolds para perfiles, disponible en www.ae.uiuc.edu/m-selig/Pub/Lsats.html
Análisis del Comportamiento Aerodinámico de Perfiles empleados en Aerogeneradores de Baja Potencia
Alejandro Carantoña, Francisco M. González-Longatt FGLONGATT/R-2009-12